Новини - Нанометрови редкоземни материали, нова сила в индустриалната революция

Нанометрови редкоземни материали, нова сила в индустриалната революция

Нанотехнологиите са нова интердисциплинарна област, постепенно развиваща се в края на 80-те и началото на 90-те години на миналия век. Тъй като имат голям потенциал за създаване на нови производствени процеси, нови материали и нови продукти, те ще дадат тласък на нова индустриална революция през новия век. Настоящото ниво на развитие на нанонауката и нанотехнологиите е подобно на това на компютърните и информационните технологии през 50-те години на миналия век. Повечето учени, ангажирани в тази област, прогнозират, че развитието на нанотехнологиите ще има широко и дългосрочно въздействие върху много аспекти на технологиите. Учените вярват, че те имат странни свойства и уникални характеристики. Основните ефекти на ограничаване, които водят до странните свойства на наноматериалите от редкоземни елементи, са ефектът на специфичната повърхност, ефектът на малкия размер, ефектът на интерфейса, ефектът на прозрачност, тунелният ефект и макроскопичният квантов ефект. Тези ефекти правят физическите свойства на наносистемите различни от тези на конвенционалните материали по отношение на светлина, електричество, топлина и магнетизъм и представят много нови характеристики. В бъдеще има три основни насоки за учените да изследват и разработват нанотехнологиите: подготовка и приложение на наноматериали с отлични характеристики; проектиране и подготовка на различни наноустройства и оборудване; откриване и анализ на свойствата на нанорегиони. В момента нано редкоземните елементи имат главно следните насоки на приложение и приложението им трябва да бъде допълнително развито в бъдеще.

Нанометров лантанов оксид (La2O3)

Нанометровият лантанов оксид се прилага върху пиезоелектрични материали, електротермични материали, термоелектрически материали, магнитосъпротивителни материали, луминесцентни материали (син прах), материали за съхранение на водород, оптично стъкло, лазерни материали, различни легиращи материали, катализатори за приготвяне на органични химични продукти и катализатори за неутрализиране на автомобилни отработени газове, а селскостопанските филми за преобразуване на светлина също се прилагат върху нанометров лантанов оксид.

Нанометров цериев оксид (CeO2)

Основните приложения на наноцериевия оксид са следните: 1. Като добавка към стъклото, наноцериевият оксид може да абсорбира ултравиолетовите и инфрачервените лъчи и се прилага върху автомобилни стъкла. Той не само може да предотврати ултравиолетовите лъчи, но и да намали температурата в автомобила, като по този начин спестява електроенергия за климатизация. 2. Приложението на наноцериев оксид в катализатор за пречистване на автомобилни отработени газове може ефективно да предотврати изпускането на голямо количество автомобилни отработени газове във въздуха. 3. Наноцериевият оксид може да се използва в пигменти за оцветяване на пластмаси, а също така може да се използва в покрития, мастила и хартия. 4. Приложението на наноцериев оксид в полиращи материали е широко признато като изискване за висока прецизност при полиране на силициеви пластини и сапфирени монокристални субстрати. 5. Освен това, наноцериевият оксид може да се прилага и върху материали за съхранение на водород, термоелектрически материали, наноцериев оксид волфрамови електроди, керамични кондензатори, пиезоелектрична керамика, наноцериев оксид силициево-карбидни абразиви, суровини за горивни клетки, бензинови катализатори, някои постоянни магнитни материали, различни легирани стомани и цветни метали и др.

Нанометровият празеодимов оксид (Pr6O11)

Основните приложения на нанометровия празеодимов оксид са следните: 1. Широко се използва в строителната керамика и керамиката за ежедневна употреба. Може да се смесва с керамична глазура за получаване на цветна глазура, а също така може да се използва самостоятелно като пигмент под глазура. Приготвеният пигмент е светложълт с чист и елегантен тон. 2. Използва се за производство на постоянни магнити и се използва широко в различни електронни устройства и двигатели. 3. Използва се за каталитичен крекинг на петрол. Може да се подобри активността, селективността и стабилността на катализа. 4. Нано-празеодимовият оксид може да се използва и за абразивно полиране. Освен това, приложението на нанометровия празеодимов оксид в областта на оптичните влакна е все по-широко. Нанометров неодимов оксид (Nd2O3) Нанометровият неодимов оксид се е превърнал в гореща точка на пазара от много години поради уникалната си позиция в областта на редкоземните елементи. Нано-неодимовият оксид се прилага и за цветни метали. Добавянето на 1,5%~2,5% нано-неодимов оксид към магнезиева или алуминиева сплав може да подобри високотемпературните характеристики, херметичността и устойчивостта на корозия на сплавта и тя се използва широко като аерокосмически материал за авиацията. Освен това, нано-итриево-алуминиев гранат, легиран с нано-неодимов оксид, произвежда късовълнов лазерен лъч, който се използва широко за заваряване и рязане на тънки материали с дебелина под 10 мм в промишлеността. В медицината, нано-YAG лазер, легиран с нано-Nd_2O_3, се използва за отстраняване на хирургически рани или дезинфекция на рани вместо хирургически ножове. Нанометровият неодимов оксид се използва и за оцветяване на стъклени и керамични материали, каучукови изделия и добавки.

Наночастици от самариев оксид (Sm2O3)

Основните приложения на наноразмерния самарийов оксид са: наноразмерният самарийов оксид е светложълт и се прилага в керамични кондензатори и катализатори. Освен това, наноразмерният самарийов оксид има ядрени свойства и може да се използва като структурен материал, екраниращ материал и контролен материал за атомни енергийни реактори, така че огромната енергия, генерирана от ядреното делене, може да се използва безопасно. Наночастиците от европиев оксид (Eu2O3) се използват най-вече във фосфори. Eu3+ се използва като активатор на червения фосфор, а Eu2+ се използва като син фосфор. Y0O3:Eu3+ е най-добрият фосфор по отношение на светлинна ефективност, стабилност на покритието, разходи за възстановяване и др. и се използва широко поради подобрената светлинна ефективност и контраст. Напоследък наноевропиевият оксид се използва и като фосфор със стимулирана емисия за нови рентгенови медицински диагностични системи. Наноевропиевият оксид може да се използва и за производство на цветни лещи и оптични филтри, за устройства за съхранение на магнитни мехурчета, а също така може да покаже своите таланти в контролни материали, екраниращи материали и структурни материали за атомни реактори. Финочастицовият червен фосфор от гадолиниев европиев оксид (Y2O3:Eu3+) е приготвен с помощта на наноитриев оксид (Y2O3) и наноевропиев оксид (Eu2O3) като суровини. При използването му за приготвяне на трицветен фосфор от редкоземни елементи е установено, че: (а) може да се смесва добре и равномерно със зелен и син прах; (б) има добри характеристики на покритието; (в) Тъй като размерът на частиците на червения прах е малък, специфичната повърхност се увеличава и броят на луминесцентните частици се увеличава, количеството червен прах в трицветните фосфори от редкоземни елементи може да се намали, което води до по-ниска цена.

Наночастици от гадолиниев оксид (Gd2O3)

Основните му приложения са следните: 1. Неговият водоразтворим парамагнитен комплекс може да подобри NMR сигнала на човешкото тяло при медицинско лечение. 2. Базовият серен оксид може да се използва като матрична решетка на осцилоскопна тръба и рентгенов екран със специална яркост. 3. Нано-гадолиниевият оксид в нано-гадолиниев галиев гранат е идеален единичен субстрат за магнитна памет на мехурчета. 4. Когато няма ограничение на цикъла на Камот, може да се използва като твърда магнитна охлаждаща среда. 5. Използва се като инхибитор за контрол на нивото на верижна реакция в атомните електроцентрали, за да се гарантира безопасността на ядрените реакции. Освен това, използването на нано-гадолиниев оксид и нано-лантанов оксид е полезно за промяна на областта на витрификация и подобряване на термичната стабилност на стъклото. Нано-гадолиниевият оксид може да се използва и за производство на кондензатори и екрани за усилване на рентгеновите лъчи. В момента светът полага големи усилия за развитие на приложението на нано-гадолиниев оксид и неговите сплави в магнитното охлаждане и е постигнал революционен напредък.

Наночастици от тербиев оксид (Tb4O7)

Основните области на приложение са следните: 1. Фосфорите се използват като активатори на зелен прах в трицветни фосфори, като например фосфатна матрица, активирана от нанотербиев оксид, силикатна матрица, активирана от нанотербиев оксид, и наноцериев оксид-магнезиев алуминатна матрица, активирана от нанотербиев оксид, като всички те излъчват зелена светлина във възбудено състояние. 2. Магнитооптични материали за съхранение. През последните години са изследвани и разработени магнитооптични материали от нанотербиев оксид. Магнитооптичният диск, изработен от аморфен филм Tb-Fe, се използва като елемент за съхранение на компютърна информация, а капацитетът за съхранение може да се увеличи 10~15 пъти. 3. Магнитооптичното стъкло, оптично активното стъкло на Фарадей, съдържащо нанометров тербиев оксид, е ключов материал за направата на ротатори, изолатори, пръстеновидни елементи и се използва широко в лазерните технологии. Нанометровият тербиев оксид (нанометровият диспрозиев оксид) се използва главно в сонари и е широко използван в много области, като например системи за впръскване на гориво, управление на течни клапани, микропозициониране, механични задвижващи механизми, механизми и регулатори на крилата на космически телескопи на самолети. Основните приложения на Dy2O3 нанодиспрозиев оксид са: 1. Нанодиспрозиевият оксид се използва като активатор на фосфор, а тривалентният нанодиспрозиев оксид е обещаващ активиращ йон на трицветни луминесцентни материали с един луминесцентен център. Състои се главно от две емисионни ленти, едната е жълта светлинна емисия, другата е синя светлинна емисия, а луминесцентните материали, легирани с нанодиспрозиев оксид, могат да се използват като трицветни фосфори. 2. Нанометровият диспрозиев оксид е необходима метална суровина за получаване на терфенолна сплав с голяма магнитострикционна сплав нано-тербиев оксид и нано-диспрозиев оксид, която може да реализира някои прецизни дейности на механично движение. 3. Нанометровият метален диспрозиев оксид може да се използва като магнитооптичен материал за съхранение с висока скорост на запис и чувствителност на четене. 4. Използва се за получаване на нанометрови лампи от диспрозиев оксид. Работното вещество, използвано в лампите от нанодиспрозиев оксид, е нанодиспрозиев оксид, който има предимствата на висока яркост, добър цвят, висока цветна температура, малък размер и стабилна дъга и се използва като източник на светлина за филми и печат. 5. Нанометровият диспрозиев оксид се използва за измерване на неутронния енергиен спектър или като неутронен абсорбатор в атомната енергетика, поради голямата си площ на напречното сечение за улавяне на неутрони.

Ho _ 2O _ 3 нанометър

Основните приложения на нано-холмиевия оксид са следните: 1. Като добавка към метал-халогенна лампа, метал-халогенната лампа е вид газоразрядна лампа, разработена на базата на живачна лампа с високо налягане, като нейната характеристика е, че колбата е запълнена с различни редкоземни халиди. В момента се използват главно редкоземни йодиди, които излъчват различни спектрални линии при газов разряд. Работното вещество, използвано в нано-холмиевата оксидна лампа, е нано-холмиев оксид йодид, който може да постигне по-висока концентрация на метални атоми в зоната на дъгата, като по този начин значително подобрява ефективността на излъчване. 2. Нанометровият холмиев оксид може да се използва като добавка към итриево-железен или итриево-алуминиев гранат; 3. Нано-холмиевият оксид може да се използва като итриево-железен алуминиев гранат (Ho:YAG), който може да излъчва 2μm лазер, а скоростта на абсорбция на човешка тъкан към 2μm лазер е висока. Тя е почти три порядъка по-висока от Hd:YAG0. Следователно, когато се използва Ho:YAG лазер за медицински операции, това може не само да подобри ефективността и точността на операцията, но и да намали площта на термично увреждане до по-малък размер. Свободният лъч, генериран от нанокристала на холмиев оксид, може да елиминира мазнините, без да генерира прекомерна топлина, като по този начин намалява термичното увреждане, причинено от здравите тъкани. Съобщава се, че лечението на глаукома с нанометров холмиев оксиден лазер в Съединените щати може да намали болката от операцията. 4. В магнитостриктивната сплав Terfenol-D може да се добави и малко количество наноразмерен холмиев оксид, за да се намали външното поле, необходимо за намагнитване на насищане на сплавта. 5. Освен това, оптичните влакна, легирани с нанохолмиев оксид, могат да се използват за направата на оптични комуникационни устройства, като оптични лазери, оптични усилватели, оптични сензори и др. Те ще играят по-важна роля в днешната бърза оптична комуникация.

Нанометров итриев оксид (Y2O3)

Основните приложения на наноитриевия оксид са следните: 1. Добавки за стомана и цветни сплави. Сплавта FeCr обикновено съдържа 0,5%~4% наноитриев оксид, което може да подобри устойчивостта на окисляване и пластичността на тези неръждаеми стомани. След добавяне на подходящо количество смесени редкоземни елементи, богати на нанометров итриев оксид, към сплавта MB26, комплексните свойства на сплавта очевидно се подобриха. Тя може да замени някои средно- и здрави алуминиеви сплави за напрегнатите компоненти на самолетите. Добавянето на малко количество наноитриев оксид (редкоземен елемент) към сплавта Al-Zr може да подобри проводимостта на сплавта. Сплавта е възприета от повечето фабрики за тел в Китай. Наноитриев оксид е добавен към медна сплав за подобряване на проводимостта и механичната якост. 2. Керамичен материал от силициев нитрид, съдържащ 6% наноитриев оксид и 2% алуминий. Може да се използва за разработване на части за двигатели. 3. Пробиване, рязане, заваряване и други механични обработки се извършват върху едрогабаритни компоненти с помощта на лазерен лъч от нано неодимов оксид алуминиев гранат с мощност 400 вата. 4. Екранът на електронния микроскоп, съставен от монокристал Y-Al гранат, има висока яркост на флуоресценция, ниско поглъщане на разсеяна светлина и добра устойчивост на високи температури и механично износване. 5. Сплав с висока структура от нано итриев оксид, съдържаща 90% нано гадолиниев оксид, може да се използва в авиацията и други случаи, изискващи ниска плътност и висока точка на топене. 6. Високотемпературните протонопроводими материали, съдържащи 90% нано итриев оксид, са от голямо значение за производството на горивни клетки, електролитни клетки и газови сензори, изискващи висока разтворимост на водород. Освен това, нано итриевият оксид се използва и като материал, устойчив на високотемпературно пръскане, разредител за гориво за атомни реактори, добавка за материал за постоянни магнити и геттер в електронната промишленост.

В допълнение към гореизброеното, нано редкоземните оксиди могат да се използват и в материали за облекло за грижа за човешкото здраве и опазване на околната среда. Настоящите изследователски направления имат определени насоки: устойчивост на ултравиолетово лъчение; замърсяването на въздуха и ултравиолетовото лъчение са предразположени към кожни заболявания и рак на кожата; предотвратяването на замърсяването затруднява залепването на замърсителите по дрехите; също така се проучва в посока на устойчивост на затопляне. Тъй като кожата е твърда и лесна за стареене, тя е най-податлива на мухъл в дъждовни дни. Кожата може да бъде омекотена чрез избелване с нано редкоземен цериев оксид, който не старее и не се образува мухъл и е удобен за носене. През последните години нанопокриващите материали също са във фокуса на изследванията в областта на наноматериалите, като основните изследвания са насочени към функционални покрития. Y2O3 с 80 nm в Съединените щати може да се използва като инфрачервено екраниращо покритие. Ефективността на отразяване на топлината е много висока. CeO2 има висок коефициент на пречупване и висока стабилност. Когато към покритието се добавят нано прах от редкоземен итриев оксид, нано лантанов оксид и нано цериев оксид, външната стена може да устои на стареене, тъй като покритието на външната стена лесно старее и пада, тъй като боята е изложена на слънчева светлина и ултравиолетови лъчи за дълго време, и може да устои на ултравиолетовите лъчи след добавяне на цериев оксид и итриев оксид. Освен това, размерът на частиците му е много малък и нано цериевият оксид се използва като ултравиолетов абсорбатор, който се очаква да се използва за предотвратяване на стареенето на пластмасови изделия, причинено от ултравиолетово облъчване, резервоари, автомобили, кораби, резервоари за съхранение на петрол и др., което може най-добре да защити големи външни билбордове и да предотврати плесен, влага и замърсяване при вътрешни стенни покрития. Поради малкия размер на частиците, прахът не се залепва лесно по стената. И може да се търка с вода. Все още има много приложения на нано редкоземните оксиди, които трябва да бъдат допълнително проучени и разработени, и искрено се надяваме, че те ще имат по-блестящо бъдеще.